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类胡萝卜素合成工艺研究

作　者: 皮士卿
导　师: 陈新志
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 类胡萝卜素 β-胡萝卜素角黄素虾青素 4,4’-二羟基-β-胡萝卜素 2-甲基-4-(2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基)-3-丁烯醛 3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基)-1,3-戊二烯膦酸二乙酯 3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基)-2,4-戊二烯膦酸二乙酯 α-紫罗兰酮 6-羟基-3-(3-羟基-3-甲基-1,4-戊二烯)-2,4,4-三甲基-2-环己烯-1-酮 2,7-二甲基-2,4,6-庚三烯-1,8-二醛 Wittig-Horner反应 1,4-二氯-2-丁烯 1,4-二溴-2-丁烯
分类号: O643.32
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文研究了三个类胡萝卜素：β-胡萝卜素，角黄素和虾青素的全合成工艺，主要工作如下：1．以基本化工原料丁二烯为起始原料，与溴素加成得到反式1，4-二溴-2-丁烯，以及将丁二烯与氯气加成得到1，4-二氯-2-丁烯的顺反混合物，以溴代丁二酰亚胺为催化剂将1，4-二氯-2-丁烯从顺式体转为高含量的反式体，以上两种方法得到的反式1，4-二卤-2-丁烯再与亚磷酸三乙酯发生Abrozov重排得到2-丁烯-1，4-双磷酸酯，进而与丙酮醛缩二甲醇发生Wittig-Horner反应生成2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1，8-二醛缩四甲醇，最后酸水解得到本文关键中间体2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1，8-二醛。2．3-甲基-5-（2,6,6-三甲基环己烯-1-基）-1，3-戊二烯膦酸二乙酯与2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1，8-二醛发生Wittig-Horner反应生成β-胡萝卜素，省去重排步骤，简化了操作，β-胡萝卜素收率80％；β-胡萝卜素粗产品用二氯甲烷烷重结晶提纯得到紫外含量大于96％的β-胡萝卜素精品。3．以α-紫罗兰酮为起始原料，用过氧酸环氧化，继而在碱催化下异构化形成4-（2，6，6-三甲基-3-羟基-1-环己烯-1-基）-3-丁烯-2-酮粗品，采用与环二酸酐先成酯后水解的方法纯化后，再经过Darzens反应得到2-甲基-4-（2，6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基）-3-丁烯醛，后者与亚甲基双膦酸四乙酯缩合反应得到3-甲基-5-（2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基）-1，3-戊二烯膦酸二乙酯，重排成3-甲基-5-（2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基）-2,4-戊二烯膦酸二乙酯。此两个C₁₅膦酸酯化合物都与2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1,8-二醛发生Wittig-Horner反应生成4，4’-二羟基-β-胡萝卜素，用Oppennauer氧化和活性二氧化锰氧化两种方法均得到角黄素。以α-紫罗兰酮为起始原料计算，反应总收率37％。4．以上述合成角黄素的中间体4-（2,6,6-三甲基-3-羟基-1-环己烯-1-基）-3-丁烯-2-酮为原料与氯乙烯格氏试剂加成，加成产物再用异丙醇铝氧化得到5-（2,6,6-三甲基-3-氧代-1-环己烯-1-基）-3-羟基-3-甲基-1，4-戊二烯，用三甲基氯硅烷保护形成烯醇硅醚化合物，再用间氯过氧苯甲酸选择性环氧化烯醇硅醚，并水解得到关键中间体6-羟基-3-（3-羟基-3-甲基-1，4-戊二烯）-2,4,4-三甲基-2-环己烯-1-酮，进而与氢溴酸和三苯基膦反应得到C₁₅三苯基膦盐，在碱存在下与2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1，8-二醛反应得到虾青素。反应总收率38％。本文的创新工作：1、本论文研究中发明了以溴代丁二酰亚胺为催化剂将1,4-二氯-2-丁烯从顺式体转为高含量的反式体的方法。2、解决了关键中间体化合物4-（2,6,6-三甲基-3-羟基-1-环己烯-1-基）-3-丁烯-2-酮粗品的纯化方法，即采用与环二酸酐先成酯后水解的方法纯化。3、提出了一步重排并反应的机理和方法，即以3-甲基-5-（2,6,6-三甲基环己烯-1-基）-1，3-戊二烯膦酸二乙酯在碱存在下重排并分别与不同的醛反应，应用于维生素A和β-胡萝卜素的合成。4、以4-（2,6,6-三甲基-3-羟基-1-环己烯-1-基）-3-丁烯-2-酮为原料，经过Darzens反应得到新化合物2-甲基-4-（2，6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基）-3-丁烯醛，后者与亚甲基双膦酸四乙酯缩合反应得到新化合物3-甲基-5-（2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基）-1，3-戊二烯膦酸二乙酯，重排成3-甲基-5-（2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基）-2,4-戊二烯膦酸二乙酯。此两个C₁₅膦酸酯化合物都可与2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1，8-二醛发生Wittig-Horner反应生成4,4’-二羟基β-胡萝卜素，用Oppennauer氧化和活性二氧化锰氧化两种方法均得到角黄素，整条路线为创新路线。5、以5-（2,6,6-三甲基-3-氧代-1-环己烯-1-基）-3-羟基-3-甲基-1，4-戊二烯为原料，用三甲基氯硅烷保护形成烯醇硅醚化合物，再用间氯过氧苯甲酸选择性环氧化烯醇硅醚，并水解得到合成虾青素的关键中间体6-羟基-3-（3-羟基-3-甲基-1，4-戊二烯）-2,4,4-三甲基-2-环己烯-1-酮。而以往的文献均是以4-氧代异佛尔酮为原料经多步反应得到。本文提出了合成此关键中间体的新方法。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
目录  9-11
第1章绪论  11-24
  1.1 本文工艺研究的胡萝卜素重要品种简介  11
  1.2 类胡萝卜素研究发展概况  11-12
  1.3 类胡萝卜素的性质、结构与命名  12-15
    1.3.1 类胡萝卜素的性质  12-14
    1.3.2 结构与命名  14-15
  1.4 类胡萝卜素的生理功能与应用  15-20
  1.5 制备或生产方法  20-21
  1.6 选题依据及意义  21-22
  参考文献  22-24
第2章 2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1,8-二醛的合成  24-44
  2.1 前言  24
  2.2 文献合成方法概述  24-27
  2.3 本文合成路线选择  27-28
  2.4 工艺路线研究  28-42
    2.4.1 反式1,4-二卤-2-丁烯的合成  29-36
    2.4.2 2.丁烯-1,4-双磷酸四乙酯的制备  36-37
    2.4.3 1,1,8,8-四甲基-2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯的制备  37-41
    2.4.4 2,7-二甲基-2,4,6-辛三烯-1,8-二醛的制备  41-42
  2.5 本章小结  42
  参考文献  42-44
第3章 β-胡萝卜素合成  44-63
  3.1 前言  44-45
  3.2 制备工艺概况  45-49
    3.2.1 生产方法简述  45-46
    3.2.2 化学合成路线  46-49
  3.3 本研究工艺路线选择和设计  49-50
  3.4 合成工艺研究  50-60
  3.5 本章小结  60-61
  参考文献  61-63
第4章角黄素的合成  63-89
  4.1 前言  63
  4.2 制备工艺概述  63-67
  4.3 本文工艺路线选择和设计  67-69
  4.4 工艺实验研究  69-87
    4.4.1 4-(2,6,6-三甲基-2,3环氧-1-环己基)-3-丁烯-2-酮的制备  69-73
    4.4.2 4-(2,6,6-三甲基-3-羟基-1-环己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮的制备  73-75
    4.4.3 2-甲基-4-(2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基)-2-丁烯醛的合成  75-80
    4.4.4 3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基)-1,3-戊二烯膦酸二乙酯的合成  80-82
    4.4.5 4,4'-二羟基β-胡萝卜素的合成  82-85
    4.4.6 角黄素的合成  85-87
  4.5 本章小结  87-88
  参考文献  88-89
第5章虾青素的合成  89-113
  5.1 前言  89-90
  5.2 虾青素的制备工艺  90-96
  5.3 本文工艺路线选择和设计  96-97
  5.4 工艺条件研究  97-110
    5.4.1 5-(2,6,6-三甲基-3-羟基-1-环己烯-1-基)-3-羟基-3-甲基-1,4-戊二烯的制备  97-100
    5.4.2 5-(2,6,6-三甲基-3-氧代-1-环己烯-1-基)-3-羟基-3-甲基-1,4-戊二烯的制备  100-101
    5.4.3 5-(2,6,6-三甲基-3-三甲基硅氧基-1,3-环己二烯-1-基)-3-甲基-3-三甲基硅氧基-1,4-戊二烯的制备  101-104
    5.4.4 5-(2,6,6-三甲基-2,3-环氧-3-三甲基硅氧基-1,3-环己二烯-1-基)-3-甲基-3-三甲基硅氧基-1,4-戊二烯的制备  104-105
    5.4.5 6-羟基-3-(3-羟基-3-甲基-1,4-戊二烯)-2,4,4-三甲基-2-环己烯-1-酮的制备  105-106
    5.4.6 3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-3-羟基环己烯-1-基)-2,4-戊二烯三苯基膦溴化物的制备  106-108
    5.4.7 虾青素的合成  108-110
  5.5 本章小结  110-111
  参考文献  111-113
第6章总结、创新点和展望  113-116
附录(图)  116-159
致谢  159

类胡萝卜素合成工艺研究

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